Sufre

Sufrea
16 Fosforoa ← Sufrea → Kloroa
16 S                                                                                                                                                                                                                                           Taula periodikoa
Ezaugarri orokorrak
Izena, ikurra, zenbakia	Sufrea, S, 16
Serie kimikoa	Ez-metalak
Taldea, periodoa, orbitala	16, 3, p
Masa atomikoa	32,065(5) g/mol
Konfigurazio elektronikoa	[Ne] 3s2 3p4
Elektroiak orbitaleko	2, 8, 6
Propietate fisikoak
Egoera	solidoa
Dentsitatea	(0 °C, 101,325 kPa) (alpha) 2,07 (beta) 1,96 (gamma) 1,92 g/L
Urtze-puntua	388,36 K (115,21 °C, 239,38 °F)
Irakite-puntua	717,8 K (444,6 °C, 832,3 °F)
Urtze-entalpia	1,727 kJ·mol−1
Bero espezifikoa	(25 °C) 22,75 J·mol−1·K−1
Lurrun-presioa P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k T/K 375 408 449 508 591 717
Propietate atomikoak
Kristal-egitura	ortoerronbikoa
Oxidazio-zenbakia(k)	6, 4, 2, 1 [1], -2 (oxido azidiko sendoa)
Elektronegatibotasuna	2,58 (Paulingen eskala)
Ionizazio-potentziala	1.a: 999,6 kJ/mol 2.a: 2.252 kJ/mol 3.a: 3.357 kJ/mol
Erradio atomikoa (batezbestekoa)	100 pm
Erradio atomikoa (kalkulatua)	88 pm
Erradio kobalentea	102 pm
Van der Waalsen erradioa	180 pm

Sufrea (sanskritoz: sulvari; latinez: sulfur edo sulphur) elementu kimiko bat da, S ikurra eta 16 zenbaki atomikoa dituena. Naturan oparo agertzen den ez-metal multibalentea da. Sufre elementala giro tenperaturan solido kristalino horia da eta baldintza normaletan, sufre atomoek S₈ formulako molekula ziklikoak osatzen dituzte. Elementu puru gisa agertzen da, baina baita sulfuro edo sulfato mineral gisa ere.

Bizitzarako funtsezko elementua da eta bi aminoazidotan agertzen da, zisteinan eta metioninan. Merkataritza-ikuspuntutik, ongarriak egiteko erabiltzen da gehien bat, baina beste zenbait gai sortzeko ere erabiltzen da, hala nola, bolbora, pospoloak, intsektizidak eta fungizidak. Sufre elementalezko kristalak estimatuak dira mineralen bildumak egiten dituzten bildumazaleen artean, forma poliedriko distiratsu eta koloretsuak baitituzte.

Giro tenperaturan, sufrea solido hori distiratsua da eta egoera solidoan koroa-formako S₈ molekula ziklikoen itxura dauka. Sufrearen kristalografia konplexua da eta baldintza espezifikoen arabera, sufre-alotropoek mota askotako kristal-egiturak eratzen dituzte. Alotropo ezagunenak oktasufre erronbikoak eta monoklinikoak dira, S₈-zikloak. S₈ molekula biguna da, kolore horrek argia du eta ez du usainik. Honen fusio-tenperatura 115,21^oC-koa da eta irakite-tenperatura 444,6^oC-koa. 95,2^oC-tara, oktasufre zikloak polimorfoz aldatzen du, α-oktasufretik β-oktasufre polimorfora ^[1]. Fase aldaketa honek ez du eraztunaren egitura aldatzen, soilik aldatzen ditu molekulen arteko elkarrekintzak. Bere fusio eta irakite tenperaturen artean, berriro ere alotropoa aldatzen da, oraingoan β-oktasufretik λ-sufrera. Aldaketa honek dentsitatearen gutxipena dakar, baina polimeroen formazioen eraginez biskositatea handitzen da. Izan ere, sufrearen ezaugarri nabarmenetako bat egoera likidoan duen biskositatea da: beste likido batzuek ez bezala, biskositate handiagoa dauka 200^oC-tik goragoko tenperaturetan polimeroak eratzen dituelako. Hala ere, tenperatura altuagoetan biskositatea txikiagotuko da depolimerizazioaren eraginez. 200^oC goragoko tenperaturetara urtutako sufreak kolore gorri iluna du eta urtutako sufre hau azkar hoztuz gero, sufre amorfo edo “plastikoa” sortzen da. Azkenik, egitura egonkor guztiak isolatzaile onak dira eta 2 g/cm³ inguruko dentsitatea dute.

Elementu multibalentea da eta +2 oxidazio-egoera arraroagoa izan arren, -2, +4 eta +6 egoerak arruntagoak dira. Lehenengo eta bigarren ionizazio energiak 999,6 eta 2252 KJ/mol dira, hurrenez hurren. Sufreak elementu guztiekin erreakzionatu dezake, gas nobleekin izan ezik. Izan ere, iridioa bezalako metal geldoekin ere erreakzionatu dezake, metal disulfuruoak lortuz. Hala ere, erreakzio hauetako askok tenperatura^[2] altua behar dute.  Azkenik, sufrea erretzean urdin koloreko garra agertzen da eta SO₂ eratzen da, usain txarra duena. Sufrea uretan disolbagaitza izan arren, karbono disulfurotan disolbagarria da, bai eta, maila txikiago batean, beste disolbatzaile organiko ez-polar batzuetan ere, hala nola bentzenotan eta toluenotan.

Sufreak 30 egitura alotropiko inguru era ditzake, beste edozein elementuk^[3] baino gehiago. S₈ eraztunaz aparte, beste hainbat eraztun ezagun dira.^[4] S₈ eraztunetik atomo bakarra kenduz, 7 atomoetako eraztuna lortzen da, zeinak kolore hori ilunagoa du. Sufre elementalari HPLC (ingeleses high-pressure liquid chromatography) analisia eginez gero, alotropoen arteko oreka ikustea posiblea da: kantitate handienean S₈ -z osatuta dago, baina S₇ eta S₆ kantitate txikiagotan ere badu.^[5] Nahiz eta hauek izan eraztun egonkorrenak, eraztun handiagoak eratzea posiblea izan da, hala nola, S₁₂ eta S₁₈.^[6][7]

Sufre amorfoak edo “plastikoak” ekoizteko erabilitako metodoa sufre likidoaren hozketa azkarra da. X izpien bidezko difrakzio azterketetan ikusi da forma amorfoek estruktura helikoidala dutela, helize bakoitzak 8 atomo izanik. Kiribildutako molekula polimeriko luzeek substantzia marroia eratzen dute, elastikoa dena eta hauts eran kautxu itxura duena. Halaber, nahiz eta metaegonkorra izan inguru tenperaturan, gradualki molekula amorfo kristalinoetara aldatuz doa, elastizitatea eta kolorea galduz. Hala ere, prozesu honek orduak edo egunak eraman ahal dituen arren, erreakzioaren abiadura erraz handitu daiteke katalizatzaileak erabiliz.

Sufreak 25 isotopo ezagun ditu, non horietako lau egonkorrak diren. Sufrearen isotopo erradiaktiboek 3 ordu baino gutxiagoko erdi-bizitza dute. Bestalde, konposizio isotopiko bereizgarria duen sufrea kutsadura iturriak identifikatzeko erabili da, eta sufre aberastua adierazle bezala gehitu da ikasketa hidrologikoetan.

³²S isotopoa izar masiboen barnealdean eratzen da, silizio nukleo baten eta helio nukleo baten fusioaren ondorioz 2,5·10⁹ K-eko tenperaturak dituzten sakoneretan.^[8] Erreakzio nuklear hau hainbat elementu neurri handietan ekoizten dituen α prozesuaren parte denez, sufrea munduko 10 elementu ugarienetariko bat da.

Sufrea, sulfuro (S⁼) egoeran batez ere, meteorito mota askotan agertu ohi da eta lurrazalean, masan 5. elementu ugariena da. Sufre elementala ur termal eta sumendietatik hurbil aurki daiteke munduko edozein zonaldetan.

Berez eratzen diren sufre konposatu arruntenak sulfuro mineralak dira: pirita (FeS₂), zinabrioa (HgS), galena (PbS), esfalerita edo blenda (ZnS) eta estibina edo antimonita (Sb₂S₃), adibidez; baita ere sulfatoak, igeltsua (Ca(SO₄)₂(H₂O)), alunita (KAl₃(SO₄)₂(OH)₆) eta barita (BaSO₄) modukoak.

Kontuan izanik sufrearen oxidazio zenbakiak -2 eta +6 tartean daudela  eta konposatu egonkorrak eratzen dituela edozein elementurekin gas nobleekin izan ezik, asko dira sufrearen konposatuak. Hauek izango dira garrantzitsuenak:

Sufrea hidrogenoarekin tratatuz gero, hidrogeno sulfuroa lortzen da. Konposatu hau uretan disolbatzen denean, H₂S-k azido ahul moduan jokatzen du:^[9]

${\displaystyle {\ce {H2S + H2O <=> HS- + H3O+}}}$

Sufre elementalaren erredukzioak polisulfuroak ([^-S-(S)_n-S^-]) ala sulfuro gatzak eman ditzake sodio kantitatearen arabera:  

${\displaystyle {\ce {2 Na + S8 -> Na2S8}}}$ala ${\displaystyle {\ce {16 Na + S8 -> 8 Na2S}}}$

Erreakzio honek sufrearen ezaugarri bereizgarri bat azaleratzen du: kateak eratzeko gai da bere buruarekin lotuz. Horrez gain, polisulfuro anioi hauen protonazioa polisulfuroak eratzen ditu, H₂S_x molekulak non x=2, 3 eta 4 den.

Sufre oxido garrantzitsuenak sufrea erretzen lortzen dira:

${\displaystyle {\ce {S + O2 -> SO2}}}$ (sufre dioxidoa)

${\displaystyle {\ce {SO2 + O2 -> 2 SO3}}}$(sufre trioxidoa).

Oxoazido ezagunenak azido sulfuroso (H₂SO₃) eta azido sulfurikoa (H₂SO₄) dira, azken hau egonkorrena, sendoena eta erabilena izanik. Eta hauetatik deribatzen diren oxoanioiak: HSO₃^-, SO₃^2-, HSO₄^- eta SO₄^2-.  Azkenik, azido sulfurikoa eta SO₃ erreakzionatzen dute H₂S₂O₇ emateko, azido pirosulfurikoaren (edo disulfuriko) disoluzio bat azido sulfurikotan.

Talde honen barruan industrian garrantzitsuak diren hurrengo konposatuak ditugu: sufre hexafluoruro, sufre tetrafluoruro, sufre dikloruro, disufre dikloruro eta tionil kloruroa (SOCl₂), azken hau kimika organikoan erreaktibo ezagunenetarikoa izanik.^[10] Azkenik, sulfurilo kloruroa (SO₂Cl₂) eta azido klorosulfurikoa (HSO₃Cl) ditugu, azido sulfurikoaren deribatuak direnak.

Metal askoren mea garrantzitsuak sulfuroak dira. Mineral hauek kolore iluneko erdieroaleak dira, zeinek ez duten ez urarekin ez azido askorekin erreakzionatzen. Mineral ezagunena galena da (PbS) eta hauxe izan zen aurkitu zen lehen erdieroalea. Mea hauen tratamenduak, normalean “tostazioa” (oxigenoarekin erreakzionaraztea metal oxidoak eta sufrea lortzeko), kostu handikoak dira eta ingurumen-arrisku asko ekar ditzakete.

Sufredun talde organikoak hurrengoak dira:^[11] tiolak (alkoholen sufre analogoak), tioeterrak (eterren sufre analogoak), sulfonio ioiak (3 talde lotuta sufre kationiko zentral bati), sulfoxidoak (tioeterrak oxigeno bati lotuta), sulfonak (tioeterrako bi oxigenori lotuta) eta azido sulfonikoak.

S₈²⁺ (urdin iluna), S₄²⁺ (horia) eta S₁₆²⁺(gorria) polikatioiak eratzen dira sufreak oxidatzaile ez oso sendoekin erreakzionatzen duenean disoluzio oso azido batean.^[12]

Gaur egun, sufrea petroliotik, gas naturaletik edota fosil-baliabidetik ekoizten da. Hortik hidrogeno sulfuroa lor daiteke nagusiki. Konposatu organosulfuratuak (petrolioaren ezpurutasunak) hidrodesulfurazio prozesu baten bidez kentzen dira C-S loturak apurtuz:^[13][14]

${\displaystyle {\ce {R-S-R + 2H2 -> 2 RH + H2S}}}$

Prozesu honetatik lortzen den hidrogeno sulfuroa sufre bihurtzen da Claus prozesuaren bidez. Prozesu honi dagokionez, hidrogeno sulfuroa sufre dioxidora oxidatu egiten da eta ondoren, bi konposatu hauen konproportzioaren ondorioz sufrea lortzen da:^[13][14]

${\displaystyle {\ce {3 O2 + 2 H2S -> 2 SO2 + 2 H2O}}}$

${\displaystyle {\ce {SO2 + 2 H2S -> 3 S + 2 H2O}}}$

Sufre elementala aitzindari gisa erabiltzen da beste konposatu kimikoak sintetizatzeko. Gutxi gorabehera %85-a azido sulfuriko bihurtzen da hurrengo prozesuaren bidez:

${\displaystyle {\ce {2 S + 3 O2 + 2 H2O -> 2 H2SO4}}}$

Azido sulfurikoa fosfato mineralen erauzketan du bere erabilera nagusiena, ondoren ongarriak ekoizteko erabiltzen dena. Azido sulfurikoaren beste aplikazio batzuk honako hauek dira: petrolioaren finketa, uren tratamendua eta beste mineralen erauzketa.^[15]

Horrez gain, sufre elementala eta haren deribatuak industria mailan oso erabilgarriak dira hainbat material edota produktu kimiko lortzeko. Sufre elementala metanoarekin berehala erreakzionatzen du karbono disulfuroa emateko eta hori zelofan eta rayon (zuntz erdi-sintetikoa) fabrikazioan erabilgarria da.^[15] Bestalde, sufre elementala fungizida eta pestizida zaharrenetariko bat da eta kaltzio sulfatoa garrantzi handikoa da ongarrietan erabiltzeko. Surfaktante eta detergenteak sulfatoen deribatuak dira eta, azkenik, konposatu organosulfuratuek industria farmazeutikoan, koloratzaileetan eta nekazaritza lurretan edo elikagaietan dute haien baliatzea.